牽引車、拖車牽引機構(gòu)坡道通過性研究

（安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

目前牽引車和拖車被廣泛應(yīng)用到各種物流行業(yè)，例如火車站物流轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、機場物流轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、港口物流轉(zhuǎn)運系統(tǒng)等；這些物流系統(tǒng)往往要經(jīng)過下穿隧道，即牽引列車需要通過較大的坡道。如果拖車上的牽引機構(gòu)和牽引車上的牽引機構(gòu)匹配不合理，在運行過程中通過較大的坡道時，會影響牽引列車運行性能。通過對拖車牽引機構(gòu)和牽引車牽引機構(gòu)研究，優(yōu)化牽引機構(gòu)最優(yōu)匹配關(guān)系。

2 牽引車和拖車牽引機構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理

牽引車牽引拖車工作時，通常以組合列車工作方式進行，即一輛牽引車牽引一臺或多臺拖車；牽引車牽引機構(gòu)和拖車牽引機構(gòu)是保證組合列車能夠正常運行重要機構(gòu)。牽引車牽引機構(gòu)主要包括牽引座、牽引銷和牽引操縱機構(gòu)。拖車牽引機構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)橋、連接銷、牽引桿總成、板簧調(diào)節(jié)機構(gòu)。牽引車牽引拖車工作原理是：拖車牽引機構(gòu)中牽引桿上的連接孔掛接在牽引車牽引銷上，牽引桿總成通過連接銷與回轉(zhuǎn)橋連接，其中牽引桿總成通過連接銷能夠?qū)崿F(xiàn)上下擺動，即牽引車牽引拖車可以通過一定坡道；拖車回轉(zhuǎn)橋上帶回轉(zhuǎn)支承，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。板簧調(diào)節(jié)機構(gòu)一端安裝在回轉(zhuǎn)橋上另一端安裝在牽引桿總成上，主要作用用于調(diào)節(jié)拖車牽引桿總成高度，保證拖車牽引桿總成高度與牽引車牽引中心高度保持一致，以便牽引車與拖車順利脫掛。駕駛員通過操作牽引操縱機構(gòu)來實現(xiàn)牽引車與拖車脫掛。通過上述機構(gòu)牽引車牽引拖車工作時能夠通過一定坡道和實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能（如圖1所示）。

圖1 牽引車、拖車牽引機構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作簡圖

3 影響牽引車牽引拖車坡道通過性主要因素

影響牽引列車的坡道通過性因素很多，下面從牽引車、拖車牽引機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理來分析影響牽引列車的坡道通過性主要因素。牽引車在水平路面上牽引車拖車時，由于拖車牽引桿的中心高度與牽引車的牽引座的中心高度處于同一高度位置，牽引桿連接孔與牽引銷能夠保持一定間隙，此間隙一般為4～5mm；該間隙不能太小，小了不方便牽引車對銷；間隙不能太大，太大了牽引桿與牽引銷撞擊頻率會增大，容易引起牽引銷或牽引桿損壞。牽引車牽引拖車過坡道時最嚴(yán)重的狀態(tài)是：拖車仍處于水平路面上，牽引車已處于坡道上，此時拖車的牽引桿和拖車的回轉(zhuǎn)橋之間形成一定角度（如圖2所示），拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間形成一定角度，當(dāng)拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間夾角達到一定值時，牽引桿連接孔和牽引銷之間會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象（如圖3所示）。通過牽引車、拖車坡道工作狀態(tài)簡圖可發(fā)現(xiàn)拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間夾角越小，此時牽引桿上的連接孔和牽引車的牽引銷干涉的可能性就越小。影響拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間角度相關(guān)結(jié)構(gòu)有：牽引桿連接孔直徑、牽引銷直徑、坡道角度、回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷的中心水平距離、牽引桿總成工作長度、牽引桿厚度（如圖4所示）。

圖2 牽引車、拖車坡道工作狀態(tài)簡圖

圖3 牽引銷和牽引桿坡道工作狀態(tài)簡圖

圖4 牽引桿簡圖

4 建立數(shù)學(xué)模型和分析

根據(jù)牽引車牽引拖車結(jié)構(gòu)和工作原理建立運動簡圖和相關(guān)參數(shù)設(shè)定（如圖5所示）。

圖5 牽引車、拖車牽引機構(gòu)運動簡圖

相關(guān)參數(shù)定義：

D：牽引桿連接孔直徑

d：牽引車牽引銷直徑

α：坡道角度

θ：連接銷中心到前輪與地面接觸點連線與水平面夾角

β：拖車牽引桿總成與坡道夾角

h：牽引桿總成水平狀態(tài)中心與地面高度

L1：回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷中心水平距離

L2：牽引桿總成工作長度

t：牽引桿厚度

L：拖車牽引機構(gòu)總的工作長度（L=L1+L2）

要保證牽引車牽引拖車通過α度坡道時牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷不干涉，必須滿足的條件是：拖車牽引機構(gòu)中的牽引桿連接孔直徑孔徑D減去牽引桿厚度在坡道上的投影尺寸要大于或等于牽引車牽引銷的直徑d，即D-t×tanβ≥d。

相關(guān)數(shù)學(xué)模型：

由上述數(shù)學(xué)模型可推導(dǎo)出β與D、d、t、L1、L2以及α之間的關(guān)系。

拖車牽引機構(gòu)總的工作長度一般是根據(jù)拖車寬度和前懸來確定，一般是定值。從式（7）、式（8）可以看出β值與h、L1、θ、α、L2參數(shù)有關(guān)，其中β值與h、L1、θ、α成一定條件下的正比例關(guān)系，與L2成反比例關(guān)系，因此減小β值就可以提高牽引列車坡道的通過性。

通過excel表格可進行參數(shù)設(shè)定和計算，表1為實例計算結(jié)果（設(shè) D=50mm；d=45mm；α=15°；t=40mm；h=450mm）。

表1 實例中長度的計算結(jié)果

5 結(jié)論

通過對牽引車、拖車牽引機構(gòu)研究，可以對已確定的牽引機構(gòu)相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定，對不確定參數(shù)進行優(yōu)化，得到較為準(zhǔn)確設(shè)計數(shù)據(jù)；對設(shè)計準(zhǔn)確性和設(shè)計效率有一定指導(dǎo)意義。另外采用優(yōu)化后的參數(shù)可以快速測算出牽引列車所能通過的坡道能力。